(57)【要約】【課題】トナー担持体とトナーとが衝突することでトナーが受けるストレスを抑えてトナー劣化を低減することができる現像装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】絶縁性の支持基材１０１の表面に沿うように複数の電極１０２が所定の間隔で配設され、支持基材及び複数の電極の表面に絶縁性の表層１０３が積層された筒状のトナー担持体１３ａと、複数の電極に周期的な電圧を印加することでトナー担持体上の所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界をトナー担持体上に発生させるホッピング電界発生手段とを有し、トナー担持体上のトナーを現像領域へ搬送して潜像担持体上の潜像を現像する現像装置において、連続プリント中の非現像時に、現像時よりも複数の電極に印加する電圧の周波数を低くするか、複数の電極に印加する電圧の印加時間を短くするか、の少なくとも一方の制御をホッピング電界発生手段に対して行う制御手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基材の表面に沿うように複数の電極が所定の間隔で配設され、該支持基材及び該電極の表面に絶縁性の表層が積層された筒状のトナー担持体と、
該複数の電極に周期的な電圧を印加することによって、該トナー担持体の表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるホッピング電界発生手段とを有し、
該トナー担持体の表面に担持されているトナーを潜像担持体と対向する現像領域へ搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、
連続プリント中の非現像時に、現像時よりも該複数の電極に印加する電圧の周波数を低くするか、該複数の電極に電圧を印加している電圧印加時間を短くするか、の少なくとも一方の制御を該ホッピング電界発生手段に対して行う制御手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
少なくとも上記現像時に上記ホッピング電界発生手段によって上記複数の電極に印加する電圧の周波数の範囲が、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、
上記現像時における上記電圧の周波数をｆ１としたとき、上記非現像時にｆ１＞ｆ２となる周波数ｆ２周期の電圧印加時間で、周波数ｆ１の電圧印加を行うことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の現像装置において、
上記潜像担持体上の潜像に付着したトナーの付着量を検知するトナー付着量検知手段と、
上記トナー担持体の表面でホッピング状態のトナー層の電位を検知するトナー層電位検知手段とを有しており、
上記制御手段は、該トナー付着量検知手段の検知結果と該トナー層電位検知手段の検知結果とに基づいて上記制御を行うものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の現像装置において、
上記トナー担持体の上記表層が、トナーとの摩擦によりトナーの正規帯電極性と同極性の電荷をトナーに対して付与し得る電気的特性を有した材料で形成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の現像装置において、
上記現像時における上記複数の電極に印加する周期的な電圧は、各瞬間の電位平均値が上記潜像担持体に形成される画像部電位と非画像部電位との間の値となるように設定されたものであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
潜像を担持する潜像担持体と、
該潜像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを有し、
該潜像担持体上で現像されたトナー像を最終的に転写材上に転写させて画像形成を行う画像形装置において、
該現像手段として、請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項７の画像形成装置において、
複数色のトナーを各色ごとに対応付けされて収容する複数の上記現像装置を有しており、、
上記潜像担持体に形成された各色のトナー像を複数互いに重ね合わせて得られるフルカラー画像を上記転写材上に形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、その現像装置を備える画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の現像装置としては、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の現像装置は、絶縁性の支持基材の周方向に複数の電極が数十［μｍ］程度の所定の間隔で配設され、支持基材及び電極の表面に絶縁性の表層が積層された筒状のトナー担持体を有している。これら電極は、互いに隣り合う２つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間には交番電界が形成される。すると、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりする。そして、このようにしてホッピングを繰り返しながら、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動によって現像領域まで搬送される。現像領域では、潜像担持体上の潜像の近傍まで浮上したトナーが、トナー担持体の電極に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、ホッピングによって吸着力を発揮していないトナーを現像に用いる。これにより、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーを用いて現像を行う従来の１成分現像方式や２成分現像方式などでは実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の現像装置のようにトナー担持体の表面でトナーをホッピングさせていると、トナー担持体とトナーとが衝突を繰り返すことになり、その衝突によってトナーがストレスを受けトナーが劣化する。このように、トナーが劣化すると、潜像担持体上の潜像を良好に現像することができなくなるといった問題が生じる。
【０００６】
特に連続プリント時においては、単発でプリントを行った場合よりもトナー担持体の表面でトナーがホッピングしている時間が長くなるので、よりトナーがストレスを受け易く上記問題が顕著となる。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、トナー担持体とトナーとが衝突することでトナーが受けるストレスを抑えてトナー劣化を低減することができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、支持基材の表面に沿うように複数の電極が所定の間隔で配設され、該支持基材及び該電極の表面に絶縁性の表層が積層された筒状のトナー担持体と、該複数の電極に周期的な電圧を印加することによって、該トナー担持体の表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるホッピング電界発生手段とを有し、該トナー担持体の表面に担持されているトナーを潜像担持体と対向する現像領域へ搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、連続プリント中の非現像時に、現像時よりも該複数の電極に印加する電圧の周波数を低くするか、該複数の電極に電圧を印加している電圧印加時間を短くするか、の少なくとも一方の制御を該ホッピング電界発生手段に対して行う制御手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、少なくとも上記現像時に上記ホッピング電界発生手段によって上記複数の電極に印加する電圧の周波数の範囲が、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、上記現像時における上記電圧の周波数をｆ１としたとき、上記非現像時にｆ１＞ｆ２となる周波数ｆ２周期の電圧印加時間で、周波数ｆ１の電圧印加を行うことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記潜像担持体上の潜像に付着したトナーの付着量を検知するトナー付着量検知手段と、上記トナー担持体の表面でホッピング状態のトナー層の電位を検知するトナー層電位検知手段とを有しており、上記制御手段は、該トナー付着量検知手段の検知結果と該トナー層電位検知手段の検知結果とに基づいて上記制御を行うものであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の現像装置において、上記トナー担持体の上記表層が、トナーとの摩擦によりトナーの正規帯電極性と同極性の電荷をトナーに対して付与し得る電気的特性を有した材料で形成されていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の現像装置において、上記現像時における上記複数の電極に印加する周期的な電圧は、各瞬間の電位平均値が上記潜像担持体に形成される画像部電位と非画像部電位との間の値となるように設定されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを有し、該潜像担持体上で現像されたトナー像を最終的に転写材上に転写させて画像形成を行う画像形装置において、該現像手段として、請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項７の画像形成装置において、複数色のトナーを各色ごとに対応付けされて収容する複数の上記現像装置を有しており、、上記潜像担持体に形成された各色のトナー像を複数互いに重ね合わせて得られるフルカラー画像を上記転写材上に形成することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、連続プリント中における上記「現像時」とは潜像担持体上の潜像を現像装置によって現像するときであり、上記「非現像時」とは潜像担持体上の潜像を現像装置によって現像していないときである。
【００１０】
本発明においては、連続プリント中の非現像時に、現像時よりも上記複数の電極に印加する電圧の周波数を低くするか、上記複数の電極に電圧を印加している電圧印加時間を短くするか、の少なくとも一方の制御を制御手段によってホッピング電界発生手段に対して行う。これにより、非現像時に現像時と同じ周波数の電圧を同じ時間印加した場合よりも、非現像時におけるトナー担持体とトナーとの衝突回数を減らすことができる。よって、非現像時におけるトナー担持体とトナーとの衝突回数が減った分、トナー担持体との衝突によってトナーが受けるストレスが抑えられ、トナー劣化を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、トナー担持体とトナーとが衝突することでトナーが受けるストレスを抑えてトナー劣化を低減することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。各図において、同一の部分は同一の記号で表されている。図２は本発明を適用可能な画像形成装置の一例である。
【００１３】
本実施形態の画像形成装置においては、有機感光体をベルト形状に構成した像担持体１１が複数の張架ローラによって張架されており、図示を省略した回転駆動機構によって図中矢印方向に回転されるようにして備えられている。像担持体１１の図中左側には、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色のトナー像を形成する複数の画像形成手段としての作像部７０Ｋ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｙが像担持体１１の表面に沿って配列されている。作像部７０Ｋ、７０Ｍ、７０Ｃ、７０Ｙには、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色トナーをそれぞれ収容した現像装置１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙや、像担持体１１を負極性で帯電せしめる帯電装置１２Ｋ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｙや、画像情報に従って帯電後の像担持体１１にそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各色に対応した潜像を書き込む書込装置４Ｋ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｙなどが設けられている。なお、書込装置４としては、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイなど、種々のものを使用することができる。
【００１４】
また、現像装置１３Ｋ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｙは、図３に示すように像担持体１１が退避することで開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【００１５】
像担持体１１は、まず、作像部７０Ｋの帯電装置１２Ｋによって一様に帯電せしめられ、露光手段としての書込装置４Ｋによりブラックの画像データで変調されたレーザ光７２Ｋで露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置１３Ｋによって現像されてブラックのトナー像となる。その後、像担持体１１は図示しない除電装置によって除電され、次の画像形成に備える。
【００１６】
次に、像担持体１１は、作像部７０Ｍの帯電装置１２Ｍによって一様に帯電せしめられ、所定のタイミングで書込装置４Ｍによりマゼンタの画像データで変調されたレーザ光７２Ｍで露光されて像担持体１１上に静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置１３Ｍによって現像されて、上記ブラックのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となる。その後、像担持体１１は図示しない除電装置によって除電され、次の画像形成に備える。
【００１７】
次に、像担持体１１は、作像部７０Ｃの帯電装置１２Ｃによって一様に帯電せしめられ、所定のタイミングで書込装置４Ｃによりシアンの画像データで変調されたレーザ光７２Ｃで露光されて像担持体１１上に静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置１３Ｃによって現像されて、上記ブラックのトナー像及び上記マゼンタのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、像担持体１１は図示しない除電装置によって除電され、次の画像形成に備える。
【００１８】
次に、像担持体１１は、作像部７０Ｙの帯電装置１２Ｙによって一様に帯電せしめられ、所定のタイミングで書込装置４Ｙによりイエローの画像データで変調されたレーザ光７２Ｙで露光されて像担持体１１上に静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置１３Ｙによって現像されて、上記ブラックのトナー像、上記マゼンタのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。これにより、像担持体１１上にフルカラー画像が形成される。
【００１９】
画像形成装置の下部には、記録用紙等の転写材を格納し、画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置５が設けられている。この給紙装置５から転写材が給送され、この転写材に画像形成装置に設けられた図示しない電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラ２によって像担持体１１上のフルカラー画像（各色トナー像）が転写される。フルカラー画像が転写された転写材は、画像形成装置の上部に設けられた定着装置３の加熱ローラ３ａと加圧ローラ３ｂとに挟まれつつ加熱されることでフルカラー画像が転写材上に定着された後、外部に排出される。
【００２０】
なお、本実施形態の画像形成装置では像担持体１１表面の転写残トナー粒子を回収するためのクリーニング部材は設けていない。転写残トナー粒子は像担持体１１表面に残留したままとなるが、４つの帯電装置１２によって帯電され、やがて転写材に転写されて像担持体１１上から除去される。転写残トナー粒子が転写材に転写されると多少の画像の乱れが生じるが、わずかの乱れであれば視覚的に認識されない。
【００２１】
本実施形態の画像形成装置では、同一の像担持体１１上に４色分の像の書き込みを行うので、通常の各色ごとに専用の像担持体を設けるタンデム方式に比べて、原理的に色ズレがほとんど発生せず、像担持体１１上で色ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。
【００２２】
また各色トナー像の位置ずれやトナー濃度の調整を行なうモードにおいては、像担持体１１上に所定パターンのトナー像が形成され、像担持体１１のトナー像が形成される側の面に対向して設けられた図示しないＰセンサによってかかるトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込タイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整される。
【００２３】
図４に作像部の現像装置１３近傍の拡大図を示す。なお各色の現像装置は同一構造であるので１つのみを説明する。
【００２４】
本実施形態においては、帯電装置１２としてコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電方式のように像担持体１１に対して帯電装置１２が非接触となる帯電手段を用いれば、像担持体回転方向上流側の作像部７０によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体１１を帯電させることができる。
【００２５】
現像装置１３に設けられたトナー担持体１３ａは、少なくとも画像形成時に像担持体１１に対して５０〜１０００［μｍ］、好ましくは１５０〜４００［μｍ］の間隙をあけて非接触で対向している。
【００２６】
また、図４に示す現像装置１３は、トナー担持体１３ａへトナー粒子を供給するための供給ローラ１３ｈが配置されており、トナー担持体１３ａと供給ローラ１３ｂは、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
【００２７】
トナーの搬送方向における現像領域の上流側部分には、トナー薄層を形成するためにトナー層を規制するトナー規制部材１３ｃが設置されている。この規制部材１３ｃは、ブレードやローラなどでトナーに当接させ、そのときにトナー担持体１３ａや規制部材１３ｃなどとトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。更に供給ローラの像担持体１１とは反対側領域には、図５に示すように現像ケーシング１３ｅ内に格納されたトナーを攪拌しながら供給ローラ１３ｈへ汲み上げるためのパドル１３ｄが設置されている。
【００２８】
本実施形態におけるトナー粒子は、バインダー樹脂としてスチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させたものを用い、これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約５［μｍ］の非磁性トナー粒子である。
【００２９】
また、現像装置１３内に収容されたトナーを撹拌しながら供給ローラ１３ｈへ汲み上げるパドル１３ｄが設けられている。供給ローラ１３ｈに汲み上げられたトナーは、画像形成装置本体に現像装置１３が所定の箇所に装着された際に、現像装置１３に開けられた開口部で像担持体１１に対向するように設けられたトナー担持体１３ａに供給される。なお、トナー担持体１３ａと供給ローラ１３ｈとは、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
【００３０】
供給ローラ１３ｈからトナー担持体１３ａにトナーが供給される箇所よりもトナー担持体回転方向下流側でトナー担持体１３ａと像担持体１１とが対向する箇所よりもトナー像担持体回転方向上流側には、トナー担持体１３ａにトナー薄層を形成するためトナー担持体１３ａ上のトナー層の規制するブレード状のトナー規制部材１３ｃが設置されている。本実施形態においては、このトナー規制部材１３ｃをトナー担持体１３ａの回転によって搬送されるトナーに当接させることで、トナー担持体１３ａに担持したトナーを一定量に規制している。また、このときにトナー担持体１３ａやトナー規制部材１３ｃなどとトナーとの摩擦によってトナーが帯電する。なお、トナー規制部材としてはブレード状に限らずローラなどでもよい。
【００３１】
次に、トナー担持体１３ａの構成について図６を参照して詳細に説明する。
図６は、トナー担持体１３ａの像担持体１１側表面を拡大した断面図である。トナー担持体１３ａは、支持基材１０１上に複数の電極１０２−１ａ、１０２−１ｂ、１０２−２ａ、１０２−２ｂ・・・をトナー移動方向に沿って所定の間隔で配置し、その上に絶縁性の表面保護層１０３を積層したものである。また、この表面保護層１０３の表面がトナー搬送面として機能する。
【００３２】
支持基材１０１としては、ガラス基材、樹脂基材或いはセラミックス基材などの絶縁性材料からなる基材、ステンレス鋼やアルミニウムなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２などの絶縁膜を成膜したもの、または、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基材などを用いることができる。
【００３３】
電極１０２は、支持基材１０１上にＡｌやＮｉ−Ｃｒなどの導電性材料を０．１〜１０［μｍ］厚、好ましくは０．５〜２．０［μｍ］で成膜し、これをフォトリソグラフ技術などを用いて所定の電極形状にパターン化して形成する。なお、本実施形態においては、電極１０２の幅Ｒを粉体（トナー）の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００３４】
表面保護層１０３は、無機または有機の絶縁性材料で形成され、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを、厚さ０．５〜１０［μｍ］、好ましくは、厚さ０．５〜３［μｍ］で成膜して形成する。
【００３５】
図７は本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体１３ａの外観図ある。トナー担持体１３ａは、回転ローラ形状に形成したもので、移動方向に所定のピッチで配列されて空間周期的に配置された複数の電極１０２からなる電極パターンにおける奇数番目の電極の集合体であるａ相電極におけるそれぞれの電極に接続された第１共通電極としての電極軸４０Ａを有している。また、偶数番目の電極の集合体であるｂ相電極におけるそれぞれの電極に接続された第２共通電極としての電極軸４０Ｂも有している。
【００３６】
電極軸４０Ａは、トナー担持体１３ａの回転軸線方向の一端側に位置する金属製の回転軸部材が第１共通電極として兼用されたものである。また、電極軸４０Ｂは、トナー担持体１３ａの回転軸線方向の他端側に位置する金属製の回転軸部材が第２共通電極として兼用されたものである。これら電極軸４０Ａ、電極軸４０Ｂは、互いに絶縁状態を維持するように配設されており、それぞれ図示しない軸受けに回転自在に支持されている。
【００３７】
それぞれの電極軸４０Ａ、４０Ｂには、後述する電極ブラシ等の摺擦接点部材４７Ａ、４７Ｂによって後述する交流電源である電源４５Ａ、４５Ｂからバイアス電位として交流電圧が印加される。この交流電圧は、図８に示されるように、上述のａ相電極を束ねた電極軸４０Ａに印加される矩形波状のａ相パルス電圧と、ｂ相電極を束ねた電極軸４０Ｂに印加される矩形波状のｂ相パルス電圧とからなる。これらａ相パルス電圧、ｂ相パルス電圧は、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。
【００３８】
また、ａ相電極とｂ相電極とには位相をπだけずらして電圧が印加させているため、この位相差によって、ａ相電極とｂ相電極との間には常にＶｐｐだけの電位差が生じている。そして、この電位差によってａ相電極とｂ相電極との電極間に電界が発生し、この電界に応じてトナーが電極間をホッピングして往復するような運動を行う。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）と呼ぶ。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。なお、Ｖｐｐは、１００［Ｖ］〜１０００［Ｖ］としている。Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さくなると上記電極間の電界が小さくなってしまい、トナーがホッピングしなくなってしまう。また、Ｖｐｐが１０００［Ｖ］より大きくなると、経時で上記電極間でリークが発生する可能性がある。リークが発生すると、それ以降は上記電極間に電界が発生しなくなり、トナーがホッピングしなくなってしまう。また、通常現像時における上記電圧の周波数は０．１［ｋＨｚ］〜１０［ｋＨｚ］としている。周波数を０．１［ｋＨｚ］より小さくするとトナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなってしまう。周波数を１０［ｋＨｚ］より大きくすると、トナーが電圧の切り替わりに追従できなくなってしまう。さらに、上記電圧の中心値Ｖ０は、画像部電位と非画像部電位との間で現像条件によって変動させている。なお、図８に示すようにａ相電極とｂ相電極とに印加する電圧が矩形波状であることで、電圧の切り替わりが瞬時に起きトナーのホッピングには適してるが、サイン波状や三角波状などの電圧を印加してもよい。
【００３９】
また、図９に示すように、一方（ａ相電極）の電極軸に矩形波状のパルス電圧を印加し、他方（ｂ相電極）の電極軸に上記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である。なお、この場合、上記電極間の電位差はＶｐｐ／２となることから、Ｖｐｐの範囲は２００［Ｖ］〜２０００［Ｖ］となる。図３に示すような電圧印加を行う場合、ａ相電極とｂ相電極とに印加する電圧の位相差を考える必要はなく、電源コストが安くなる。
【００４０】
トナー担持体１３ａは、図１０（ａ）に示すように導電性を有する金属製の電極軸４０Ａ、４０Ｂを図１０（ｂ）に示すように円筒５１の軸穴５２に圧入して、電極軸４０Ａ、４０Ｂをａ相電極、ｂ相電極にそれぞれ接続する。なお、図１１に示すように、ａ相電極はトナー担持体１３ａの図中左側からｂ相電極はトナー担持体１３ａの図中右側から出ており、ａ相電極とｂ相電極とで櫛歯状の電極構成になっている。また、上述したように電極軸４０Ａ、４０Ｂには、電極ブラシ等の摺擦接点部材４７Ａ、４７Ｂによって交流電源である電源４５Ａ、４５Ｂからバイアス電位として交流電圧が印加される。
【００４１】
かかる構成において、トナー担持ローラ３１の複数の電極における同一群の電極に対して共通した電圧を導くための電極軸４０Ａ、電極軸４０Ｂについては、トナーの粒径やホッピング性を考慮して幅を決定する必要がないため、図示のようにかなり広幅のものを用いることが可能となる。更には、これら電極軸に摺擦せしめる電極ブラシ等の摺擦接点部材４７Ａ、４７Ｂについても、電極軸４０Ａ、４０Ｂの幅に合わせて、広幅のものを用いることが可能になる。これらの結果、電極軸４０Ａ、４０Ｂと摺擦接点部材４７Ａ、４７Ｂとの摩耗による接触不良の発生時期を従来よりも遅らせて、従来よりも現像装置の長寿命化を図ることができる。
【００４２】
第１共通電極たる電極軸４０Ａと、第２共通電極たる電極軸４０Ｂとは、トナー担持体１３ａにおいて互いに回転軸線方向にずらして配設されている。かかる構成では、電極軸４０Ａと電極軸４０Ｂとを互いに回転軸線方向にずらしていることで、回転する電極軸４０Ａ、電極軸４０Ｂに対して、それぞれ摺擦接点部材４７Ａ、４７Ｂを独立させて摺擦せしめることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る画像形成装置においては、トナー担持体１３ａの回転軸線方向における一端側に位置する金属製の電極軸４０Ａを第１共通電極として兼用するとともに、他端側に位置する金属製の電極軸４０Ｂを第２共通電極として兼用し、それら電極軸を互いに絶縁状態にしている。かかる構成では、トナー担持体１３ａに新たな共通電極を設けることなく、それぞれの電極群に独立してパルス電圧を印加することができる。
【００４４】
このようなトナー担持体１３ａを有する現像装置１３において、図示しない回転駆動装置によって時計方向に回転するトナー担持体１３ａに供給部１３ｈから供給されたトナーは、トナー規制部材１３ｃにより薄層化された後、トナー担持体１３ａの表面に形成された電極間の電界によりフレア（クラウド）を形成し現像領域に運ばれ、像担持体１１上に形成された潜像を現像する。また、本実施形態の現像装置１３においては、図５に示すように、電位計５０をトナー担持体１３ａに設けており、この電位計５０によってフレア（クラウド）状態のトナー層電位を検知している。フレア（クラウド）状態のトナー層電位は、ホッピングしているトナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］、トナー量及びホッピング状態によって決まるものである。また、本実施形態においては、図示しない光学センサを用いて潜像担持体上の層状のトナーの量を検知している。潜像担持体上のトナー量と上記トナー層電位とを併用することで、フレア（クラウド）状態になっているトナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を推測することができる。
【００４５】
ところで、従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この２成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０［μｍ］程度のキャリアも使われ始めている。
【００４６】
１成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この１成分現像方式では、現像ローラ等の現像剤担持体の表面に担持したトナーをホッピングさせずに現像に用いる。具体的には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの１成分現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。
【００４７】
上記２成分現像方式と１成分現像方式との欠点を補い合うべく、特開平３−１００５７５号公報に記載のものなどのように２成分現像方式と１成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。
【００４８】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。
【００４９】
また、特開平３−２１９６７号公報（特許文献１）には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。
【００５０】
また、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が特開２００３−１５４１９号公報に記載されている。また、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が特開平９−２６９６６１号公報に記載されている。また、特開２００３−８４５６０号公報には、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、上記電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、上記現像剤担持体上に上記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。
【００５１】
従来の２成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。
【００５２】
このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【００５３】
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
【００５４】
また、潜像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げることが効果的であることが知られているが、この場合、２成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【００５５】
１成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この１成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、１成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【００５６】
ハイブリッド化方式（特開平３−１００５７５号公報）では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり１成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。
【００５７】
特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
【００５８】
また、特開平３−２１９６７号公報（特許文献１）に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。また、この方式はトナー担持体上でホッピングするトナーをトナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送するものであるが、トナー担持体を表面移動させずに、ホッピングよる移動のみによってトナーを現像領域まで搬送する特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００５９】
また、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはいけない。非接触一成分現像方式や、特開平３−１１３４７４号公報に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。
【００６０】
このようなフレア（クラウド）現像を実現できる方法としては、先に挙げた特開平３−２１９６７号公報（特許文献１）や特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式が有効と考えられるが、これらに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。
【００６１】
また、特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式などの様に、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、３相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効であると考えられる。しかしながら、同公報に記載の方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、例えば特開２００４−２８６８３７号公報に記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。これに対し、本画像形成装置のように、トナーをホッピングによって電極間で往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域に搬送する方式では、前述のようなトナーの堆積や機構の複雑化を回避することができる。
【００６２】
また、本実施形態のような、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離し、フレア（クラウド）を形成させるタイプの現像装置では、トナーがトナー担持体表面をホッピングして移動するため、トナーとトナー担持体表面とが大部分の時間、非接触である。したがって、トナーがトナー担持体表面に静電的に付着する力は弱い。そのため、現像電界を弱く設定しても（例えば、現像ポテンシャルが１００［Ｖ］以下でも）現像能力を容易に確保することができる利点がある。また、トナーとトナー担持体表面とが静電的に付着する力が弱いので、トナー担持体表面から容易にトナーを引き剥がすことができ、トナーの劣化が抑えられるため高耐久化にできる利点がある。
【００６３】
また、４色のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成する本実施形態のような画像形成装置に、フレア（クラウド）を形成させるタイプの現像装置を用いることで、像担持体１１上に一度形成されたトナー像に対して全く影響を与えることが無く、しかも、像担持体１１上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置１３内に転移させることも無い。よって、スキャベンジ（掻き取り）や混色などの問題などが一切無く、高画質な画像を作像できる作像プロセスを長期にわたって安定して行うことができる。
【００６４】
次に、本実施形態で用いるトナーについて説明する。トナーとしては、母材樹脂（トナーの主成分）がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ正規帯電極性がマイナス極性（負極性）であるものを用いる。そして、像担持体１１の一様帯電部（地肌部）と潜像部とを共にトナーの正規帯電極性と同極性（本例ではマイナス極性）にし、且つ地肌部よりも電位を減衰せしめた潜像部に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。
【００６５】
ここで、本実施形態におけるトナー担持体１３ａは、支持基材１０１と、複数の電極１０２と、これら電極１０２を覆う表面保護層１０３とを有している。この表面保護層１０３としては、トナー担持体１３ａの表面上でホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側（本例ではマイナス側）への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いることができる。即ち、トナーの方が表面保護層１０３よりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置するようにする。このような関係を実現し得る表面保護層１０３の材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。更には、これまでに例示した材料の２つ以上を混合した材料でもよい。これらの材料は、トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促すことに加えて、自らの絶縁性によってトナー電荷の電極へのリークを回避することが可能である。
【００６６】
このような表面保護層１０３を有するトナー担持体１３ａを具備する現像装置１３においては、トナー担持体１３ａの表面保護層１０３がホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。そして、表面保護層１０３との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、ホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。
【００６７】
なお、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性（正極性）であるものを用いてもよい。この場合には、表面保護層１０３として、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。
【００６８】
また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけ表面保護層に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもプラス側の帯電系列となる。
【００６９】
また、表面保護層１０３と電極との間に中間層を設けてもよい。この場合、中間層として、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の導電性の材料からなるものを用いることも可能である。
【００７０】
上述したような本実施形態の現像装置１３を用いて像担持体１１上の潜像を現像する場合、トナー担持体１３ａの表面でホッピングしフレア（クラウド）状態となっているトナーは、トナー担持体１３ａと衝突を繰り返すことによって帯電量が変化したり衝突によってストレスを受けたりしてトナーが劣化する。このように、トナーが劣化すると、像担持体１１上の潜像を良好に現像することができなくなる。そのため、トナーの高耐久を目指す上では、トナー担持体１３ａと衝突することでトナーが受けるストレスなどを低減する必要がある。
【００７１】
そのため、本実施形態においては、連続プリント中の紙間など像担持体１１上の潜像を現像装置１３によって現像しないタイミングで、トナー担持体１３ａに設けたａ相電極とｂ相電極との間に印加する電圧の周波数などを、像担持体１１上の潜像を現像装置１３によって現像する際よりも低くしている。これにより、ａ相電極とｂ相電極との間に印加する電圧の周波数などが常時同じ場合に比べて、上記タイミングで周波数などを低くする分、トナーとトナー担持体とが衝突する回数が少なくなり、トナー担持体１３ａと衝突することでトナーが受けるストレスを低減させることができる。以下に、このことに係る検証実験について説明する。
【００７２】
本実験は、図２などに示した本実施形態に係る画像形成装置を用いて行った。像担持体１１としては、厚み１３［μｍ］のベルト状の有機感光体を使用し、書込装置４によって１２００［ｄｐｉ］でレーザー書き込みを行って像担持体１１上に潜像を形成した。トナー担持体１３ａと像担持体１１とのギャップは３００［μｍ］であり、トナー担持体１３ａ上のトナー量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］となるようにトナー規制部材１３ｃにて調整した。トナー担持体１３ａ上にトナーを０．４［ｍｇ／ｃｍ２］のせた状態でａ相電極とｂ相電極との電極間に、現像時において、周波数１［ｋＨｚ］の交流電圧Ｖｐｐ４００［Ｖ］を印加してトナー担持体１３ａの表面でトナーをホッピングさせフレア（クラウド）を形成させた。なお、現像時においては、周波数１［ｋＨｚ］の電圧を１［ｋＨｚ］周期の電圧印加時間で印加している。
【００７３】
また、非現像時である紙間においては、現像時における電圧印加条件に対して周波数や電圧印加時間などを後述する実施例１〜４の各条件に変更するなどして上記電極間へ電圧を印加した。なお、比較例として、紙間における電圧印加条件を変更せず現像時の電圧印加条件と同じ条件で上記電極間に電圧印加する実験も行った。そして、上記画像形成装置を用いて１００００枚連続プリントを行い、１００００枚連続プリント後の実施例１〜５及び比較例それぞれのトナーの劣化度合いを現像装置１３内に残存するトナーから判断した。
【００７４】
なお、連続プリント時の現像時と紙間（非現像時）における上記電極間へ電圧を印加する電圧印加制御としては、例えば図１に示すようなものが挙げられる。また、上記電圧印加制御としては図１に示すものに限らない。
【００７５】
図１に示す電圧印加制御において、まず、連続プリントがスタートした後に、装置本体に設けられＣＰＵやメモリーなどからなる図示しない制御部によって紙間（非現像時）であるか否かを判断する（Ｓ１）。紙間であると判断された場合には（Ｓ１でＹ）、現像時における電圧印加条件よりも、電圧の周波数を低くするか、電圧印加時間を短くするか、の少なくとも一方の電圧印加条件の変更を行う（Ｓ２）。そして、変更した電圧印加条件でａ相電極とｂ相電極との電極間に電圧を印加する（Ｓ３）。その後、現像時であるか否かを上記制御部で判断して（Ｓ４）、現像時であれば（Ｓ４でＹ）、現像時における電圧印加条件に変更する（Ｓ５）。そして、その変更した電圧印加条件で上記電極間に電圧を印加する（Ｓ６）。その後、上記制御部によって紙間であるか否かを判断し、上述した一連の制御を繰り返し行う。また、上記制御部によって現像時であると判断されなければ（Ｓ４でＮ）、連続プリントが終了か否かの判断を上記制御部で行う（Ｓ７）。連続プリント終了であると判断されれば（Ｓ７でＹ）、一連の制御を終了する。連続プリントが終了していないのであれば、再度、現像時であるか否かの判断を行う（Ｓ４）。なお、上記制御部が現像時や紙間（非現像時）などの判断を行う際には、連続プリントで形成される画像の元になる原稿や電子データなどの画像情報などに基づいて行えばよい。
【００７６】
ここで、トナーの劣化度合いは、トナー製造時にトナー表層に添加された外添剤がトナー表層にどれだけ残存しているかを表す外添剤表層残存率を用いてランク評価にて行う。なお、このランク評価は５段階にランク分けされており、ランク５はトナー製造時の状態（初期状態）であり、ランクが下がるにしたがってトナー表層に残存する外添剤の量が少なくなり、ランク１はトナー表層に外添剤がない状態である。なお、ランク１までトナーが劣化すると、トナーがトナー担持体の表面にはりついてしまい、トナーがホッピングできなくなってしまうことがわかっている。また、トナーの劣化度合いとしては、ランク４以上が実使用上許容できるものである。
【００７７】
次に、実施例１〜５及び比較例における、連続プリント時の紙間（非現像時）にａ相電極とｂ相電極との電極間に印加する電圧の電圧印加条件を示す。
・実施例１：紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の周波数を０．１［ｋＨｚ］にする。
・実施例２：紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ電圧を印加しない。
・実施例３：紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する印加時間を変更した。すなわち、図１２に示すように周波数が１［ｋＨｚ］の周期Ｔ１の電圧を周波数が０．１［ｋＨｚ］の周期Ｔ２の電圧印加時間に所定回数印加した。
・実施例４：紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の周波数を高くし、且つ、印加時間を変更した。すなわち、周波数が３［ｋＨｚ］の電圧を周波数が０．１［ｋＨｚ］の周期の電圧印加時間に所定回数印加した。
・比較例：紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の電圧印加制御を行わない（現像時に上記電極間へ印加する電圧と同条件）。
【００７８】
実験結果を表１に示す。
【表１】
2010039344.tif 000003
【００７９】
表１からわかるように、実施例１〜４においては、トナーの劣化度合いのランクがランク４以上であり、比較例においてはランク３である。すなわち、実施例１及び実施例２の結果から、紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の周波数を現像時よりも低くすることで、トナー劣化を低減できることがわかる。また、実施例３及び実施例４の結果から、紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ電圧を印加している電圧印加時間を現像時よりも短くすることで、トナー劣化を低減できることがわかる。これらをまとめると、現像時よりも紙間にａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の周波数を低くしたり電圧印加時間を短くしたりすることなどによって、比較例のように紙間に上記電極間へ印加する電圧の条件を現像時と同じにして変化させない場合よりも、トナーとトナー担持体１３ａとが衝突する回数が少なくなり、トナー担持体１３ａと衝突することでトナーが受けるストレスを低減させることができ、トナー劣化を低減できることがわかる。なお、実施例４においては、紙間における電圧の周波数を現像時よりも高くしているのでトナー担持体１３ａとトナーとの衝突回数が比較例の場合よりも増えてしまいそうであるが、紙間に上記電極間へ電圧を印加する電圧印加時間を短くしたことで、トナーとトナー担持体１３ａとが衝突する回数が比較例の場合よりも少なくなっていると考えられる。
【００８０】
また、本発明における非現像時、すなわち紙間においては、プロセスコントロールを行うことも可能である。このプロセスコントロールでは、像担持体１１上に形成されたトナー像の濃度などを検出して、その検出結果に基づいて所定の濃度のトナー像が形成できるように画像形成条件を変化させる。このようなプロセスコントロールを行うことで適切な濃度のトナー像を経時で形成することができ、安定した連続プリントを行うことができる。ここで、像担持体１１上のトナー付着量やトナー担持体１３ａのフレア（クラウド）状態のトナー層電位などを検知することで、フレア（クラウド）状態のトナーの帯電量の変化（トナー劣化）に伴う、プリントされる画像の状態を推測することができる。また、上述した紙間にトナー担持体１３ａに設けられたａ相電極とｂ相電極との電極間へ印加する電圧の電圧印加制御の結果から、トナー担持体１３ａの表面でフレア（クラウド）しているトナーの状態予測も可能である。これらのことから、紙間を電圧印加制御によるトナーの低ストレス化とプロセスコントロールのための検知タイミングとすることで、トナーの劣化を抑制でき、且つ、高い安定性で画像形成が行える画像形成装置を得ることができる。
【００８１】
例えば、上述したようにトナー担持体１３ａの表面でホッピングしフレア（クラウド）状態となっているトナーは、トナー担持体１３ａと衝突を繰り返すことによって帯電量が変化する。よって、トナーの帯電量の変化からトナー劣化の程度を推測することが可能である。また、上述したように、像担持体１１上のトナー付着量とトナー担持体１３ａのフレア（クラウド）状態のトナー層電位とから、フレア（クラウド）状態のトナーの帯電量を推測することができる。したがって、上記トナー付着量と上記トナー層電位とに基づいて、トナーの帯電量が初期状態などに対して変化していると推測されたときに、その変化に応じて、非現像時に上記電極間に印加する電圧の周波数を現像時よりも低くしたり、上記電圧の印加時間を現像時よりも短くしたりするなどの電圧印加制御を行うことで、トナー劣化の進行を抑えることができる。
【００８２】
また、本実施形態の現像装置１３を用いることで次のような不具合も解決することができる。すなわち、トナー担持体１３ａの表面でトナーがホッピングしたフレア（クラウド）状態でトナー担持体１３ａが回転していると、トナー飛散が生じてしまう可能性がある。現像時においては、像担持体１１に形成された潜像とトナー担持体１３ａとの間に形成される電界によってフレア状態のトナーが潜像に引きつけられるため、トナー飛散は抑制されるが、非現像時においては、上記電界が形成されないためトナー担持体１３ａの回転の勢いや回転に伴う気流などによってフレア（クラウド）状態のトナーが飛散し易くなっている。そのため、本実施形態の現像装置１３のように非現像時に上述した電圧印加制御を行うことで、非現像時におけるトナーのホッピング回数が減りフレア（クラウド）状態が抑えられトナー飛散を低減させることができる。
【００８３】
以上、本実施形態によれば、絶縁性の支持基材１０１の表面に沿うように複数の電極１０２が所定の間隔で配設され、支持基材１０１及び電極１０２の表面に絶縁性の表層である表面保護層１０３が積層された筒状のトナー担持体１３ａと、複数の電極１０２に周期的な電圧を印加することによって、トナー担持体１３ａの表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界をトナー担持体１３ａの表面上に発生させるホッピング電界発生手段である電源４５Ａ、４５Ｂとを有し、トナー担持体１３ａの表面に担持されているトナーを潜像担持体である像担持体１１と対向する現像領域へ搬送して像担持体１１上の潜像にトナーを付着させることによって上記潜像を現像する現像装置１３において、連続プリント中の非現像時（紙間）に、現像時よりも上記複数の電極１０２に印加する電圧の周波数を低くするか、上記複数の電極１０２に印加する電圧の印加時間を短くするか、の少なくとも一方の制御を電源４５Ａ、４５Ｂに対して行う制御手段である上記制御部を有する。これにより、非現像時に現像時と同じ周波数の電圧を同じ時間印加した場合よりも、非現像時におけるトナー担持体１３ａとトナーとの衝突回数を減らすことができる。よって、非現像時におけるトナー担持体１３ａとトナーとの衝突回数が減った分、トナー担持体１３ａとの衝突によってトナーが受けるストレスが抑えられ、トナー劣化を低減することができる。
また、本実施形態によれば、少なくとも上記現像時に上記電源４５Ａ、４５Ｂによって上記複数の電極１０２に印加する電圧の周波数の範囲が、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であることで、上述したようにトナーのホッピング状態を最適化することができる。
また、本実施形態によれば、上記現像時での上記電圧の周波数をｆ１としたとき、上記非現像時にｆ１＞ｆ２となる周波数ｆ２周期の電圧印加時間で、周波数ｆ１の電圧印加を行うことで、上述したように非現像時におけるトナー担持体１３ａとトナーとの衝突回数を減らすことができ、トナー担持体１３ａとの衝突によってトナーが受けるストレスが抑えられ、トナー劣化を低減することができる。
また、本実施形態によれば、像担持体１１上の潜像に付着したトナーの付着量を検知するトナー付着量検知手段である上記光学センサと、トナー担持体１３ａの表面でホッピング状態のトナー層の電位を検知するトナー層電位検知手段である電位計５０とを有しており、上記制御部は、上記光学センサによるトナー付着量の検知結果と電位計５０によるトナー層電位の検知結果とに基づいて上記制御を行うものであることで、上述したようにトナー劣化の進行を抑えることができる。
また、本実施形態によれば、トナー担持体１３ａの表面保護層１０３が、トナーとの摩擦によりトナーの正規帯電極性と同極性の電荷をトナーに対して付与し得る電気的特性を有した材料で形成されていることで、ホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることができ、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。
また、本実施形態によれば、上記現像時における上記複数の電極１０２に印加する周期的な電圧は、各瞬間の電位平均値が像担持体１１に形成される画像部電位と非画像部電位との間の値となるように設定されたものであることが望ましい。
また、本実施形態によれば、潜像を担持する潜像担持体である像担持体１１と、像担持体１１上の潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを有し、像担持体上で現像されたトナー像を最終的に転写材上に転写させて画像形成を行う画像形装置において、上記現像手段として、本発明の現像装置１３を用いることによって、トナー劣化を低減でき経時で良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施形態によれば、複数色のトナーを各色ごとに対応付けされて収容する複数の現像装置を有し、像担持体１１に形成された各色のトナー像を複数互いに重ね合わせて得られるフルカラー画像を上記転写材上に形成する画像形成装置に対して、本発明の現像装置１３ａを用いることで、像担持体１１上に一度形成されたトナー像に対して全く影響を与えることが無く、しかも、像担持体１１上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置１３内に転移させることも無い。よって、スキャベンジ（掻き取り）や混色などの問題などが一切無く、高画質な画像を作像できる作像プロセスを長期にわたって安定して行うことができる。
【００８４】
なお、本発明を適用できる画像形成装置としては、上述したものに限るものではない。例えば、各色それぞれに対応させて像担持体を設け、その各色の像担持体ごとに現像装置、帯電装置、クリーニング装置などを配設し、各色の像担持体それぞれで形成された各色のトナー像を中間転写体上で重ね合わせてフルカラー画像し、中間転写体上から転写材上にフルカラー画像を転写して転写材にフルカラー画像を形成する、所謂中間転写方式のフルカラー画像形成装置でも良い。また、転写紙にブラックのトナー像だけを形成するようなモノクロ画像形成装置でも良い。これらの場合、現像装置と、像担持体、帯電装置またはクリーニング装置の少なくとも１つとを一体に形成し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとして構成することで、現像装置などのメンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】電圧印加制御の一例を示すフローチャート。
【図２】本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図３】現像装置を画像形成装置本体から着脱する際の模式図。
【図４】作像部の現像装置近傍の拡大図。
【図５】現像装置の概略構成図。
【図６】トナー担持体の像担持体側表面を拡大した断面図。
【図７】トナー担持体の外観図。
【図８】トナー担持体の電極に印加されるパルス電圧の特性を示す波形図。
【図９】トナー担持体の一方の電極に矩形波状のパルス電圧を印加し、他方の電極に直流電圧を印加した際の波形図。
【図１０】（ａ）電極軸の斜視図。（ｂ）トナー担持体の回転軸と電極軸とを兼用したトナー担持体の模式図。
【図１１】トナー担持体を平面状に展開した状態を示す展開図。
【図１２】電極間へ電圧を印加する印加時間の変更の説明に用いる模式図。
【符号の説明】
【００８６】
１１    像担持体
１３    現像装置
１３ａ  トナー担持体
４０    電極軸
４５    電源
４６    電流計測装置
４７    摺擦接点部材
５０    電位計
７０    作像部
１０１  支持基材
１０２  電極
１０３  表面保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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